Aparato Experimental para Medidas de Capacitância

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Montagem de um Aparato Experimental para Medidas
de Capacitância em Capacitores de Carbono Amorfo
Phillip Palazzo (phpalazzo@yahoo.com.br)
Orientação: Rangel Arthur (rangel@ceset.unicamp.br)
Tersio Guilherme S. Cruz (tersio@ufcar.br)
Universidade Estadual De Campinas
Faculdade de Tecnologia- Div. Telecomunicações
Instituto de Física- Lab. De Pesq. Fotovoltaicas
Agência Financiadora: Pibic/CNPq
Palavras-Chave: Filmes – Carbono - Capacitância
Introdução
Conclusões
Os capacitores de carbono amorfo são o objetivo principal dos estudos demonstrados neste trabalho. Tais
capacitores são montados com filmes finos de carbono amorfo depositados sobre substratos metálicos e recobertos
com outra camada metálica, conforme na figura1. Inicialmente é depositado um filme de alumínio sobre um
substrato de vidro corning, usando evaporação térmica. Em seguida, o filme a-C: H é depositado sobre o alumínio
pela técnica de descarga luminescente. Finalmente, por evaporação térmica, são depositadas “ilhas” de filmes de
Al sobre a superfície do filme de a-C: H, formando o “capacitor”.O filme de carbono amorfo possui algumas
vantagens como: facilidade de deposição, materiais relativamente abundantes e com baixo custo, material de alta
dureza. É demonstrado em [1] que os filmes a-C:H possuem propriedades de dureza e comportamento constante
com variação de temperatura.
.
Metodologia
As medidas foram feitas no Laboratório de Pesquisas Fotovoltaicas (DFA/IFGW).
Os equipamentos utilizados na análise por EIE foram:
-Potenciostato/galvanostato EG & G - PAR Model 273A (um aparelho que aplica o potencial)
- Analisador de Freqüência Schlumberger 1255 HF (responsável pela aplicação do sinal alternado). Ambos os
equipamentos estavam interfaceados a um microcomputador.. Foi usada a técnica Espectroscopia de
Impedância Eletroquímica (EIE) para medir a capacitância.
Resultados e Discussão
O resultado da medida é uma tabela com três colunas: parte real da impedância, parte imaginária de
impedância e freqüência. Com isso, é comum fazer um gráfico (chamado gráfico de Nyqvist) cujo eixo vertical
é a impedância imaginária e cujo eixo horizontal é a impedância real. A partir dos dados experimentais,
usamos um programa [2] para ajustar tais dados usando um circuito conhecido. Os componentes deste circuito
são escolhidos de acordo com os parâmetros da amostra. A figura 2 mostra o circuito equivalente.
Para testar o equipamento, medimos a impedância de alguns capacitores simples (cerâmicos e
eletrolíticos) e de uma célula solar. Os resultados para a célula solar são mostrados na figura 3. O potencial
aplicado variou de -0,8V a 0,8 V, com variação de 0,16V. A freqüência variou de 10mHz a 10kHz. T3 é para
V = -0,8V. T13 é para V = +0,8V. O circuito equivalente utilizado foi o da figura anterior. A capacitância
medida foi de 4,2 F e não variou com o potencial. Cabe lembrar que este não é um resultado comum para
células fotovoltaicas e mais estudos deverão ser realizados explicar tal comportamento.
Referências
[1]- S. C. Trippe, R. D. Mansano, Estudo e caracterização de filmes de carbono do tipo diamante (diamond Like
Carbon-DLC)depositados pela técnica de sputtering reativo, Dissertação de Doutorado, POLI/USP, São Paulo,
SP, 2003.
[2]- EQUIVCRT – Referência: BOUKAMP, B. A., Equivalent Circuit – EQUIVCRT Programs-Users Manual,
v. 3, pág 97, University of Twente – Holand, 1989
[3]- H. Bayhan, A, S, Kavasoglu, Admitance and Impedance Spectroscopy on Cu(In, Ga) Se2 Solar Cells,
Department of Physics, Mugla university, 48000 Mugla-Turkey, julho 2002.
Os resultados são os seguintes:R1 = 5,0 ; R2 = 40k; C = 9,6F. Os mesmos se encontram dentro do
esperado, R2 >>>> R1 e o valor da capacitância muito próxima do valor real, ou seja, o aparato mostra valores
confiáveis. Em [3] é realizado trabalho semelhante. Os valores de capacitância podem ser calculados usando
os valores de constante dielétrica do Filme ( er = 2) , e considerando o diâmetro do filme, a distância entre as
placas, d=1mm.
Al
a-C:H
Vidro corning 7059
Al
Figura 1: Capacitor do projeto
R2
CR1
Figura 2 : Esquema do circuito utilizado 
para ajustar as curvas experimentais
A figura 2 mostra os seguintes parâmetros: 
R1 = resistor de resistência pequena (devido aos 
contatos)
R2 = resistor de resistência grande (devido ao dielétrico)
C = capacitância
O princípio da técnica de Espctroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) consiste em aplicar na
amostra, um potencial alternado de pequena magnitude e de freqüência  (na prática, para uma faixa de
freqüência).
Seja este potencial alternado E(t) dado por:
e a corrente i(t) dada por:
sendo  a diferença de fase entre a voltagem e a corrente. Então, pode-se definir a impedância do sistema
como:
Num experimento de impedância, muitas vezes a resposta é modelada com o uso de circuitos eletrônicos
equivalentes. Tais circuitos são utilizados para ajustar as curvas experimentais.
Figura 3: Gráfico da impedância
real versus impedância imag.
para uma célula fotovoltaica.
Figura 4: Gráfico
do módulo da
impedância em
função da
freqüência (e do
ângulo de fase). A
impedância se
manteve constante
para a faixa de
10mHz a 500Hz.
Figura 5: Capacitância (parte
real e parte imaginária):
capacitor de 10 F. Os pontos
em vermelho representam o
ajuste usando o circuito
equivalente R1(R2C).
)()( tsenEtE o 
)()(   tseniti o
)(
)(
)(



i
E
Z 
,em Volts (V).
,em Amperes (A).
,em Ohms ().(III)
(II)
(I)